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http://bioinfo2.ugr.es/genomica Universidad de Granada

Genmica Grado en Bioqumica

Jos L. Oliver ([email protected]) Carmelo Ruiz Rejn ([email protected])

Michael Hackenberg ([email protected]) Guillermo Barturen ([email protected])

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Thomas H. Roderick(1986) GENOMICA: Su objetivo es mapear y secuenciar el genoma

La Gentica se ocupara de los genes y la genmica de los genomas

Pero ambas se ocupan del estudio de la herencia y la variacin de los organismos, que es el objetivo original de la Gentica

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Genmica estructural - Su objetivo es generar y analizar la secuencia y las propiedades conformacionales de genes y protenas

Genmica funcional - Trata de asignar funcin a cada una de las secuencias generadas por los proyectos genoma

Genmica computacional - Desarrolla el software y las bases de datos necesarias para el almacenamiento, recuperacin y anlisis de los datos genmicos: secuencias primarias de genes y protenas, estructuras tridimensionales, perfiles de expresin, etc.

Genmica evolutiva - Se ocupa del origen y evolucin de los genomas. Estudia por tanto la evolucin del tamao y la complejidad de los genomas, los mecanismos de duplicacin genmica, la transferencia horizontal de genes, la evolucin concertada, etc.

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El Proyecto Genoma Humano

Sus objetivos fueron: Identificar los aprox. 20.000-25.000 genes en el genoma humano

Determinar la secuencia de los 3.2 Gbp de nucletidos que componen el

genoma haploide y almacenar esta informacin en bases de datos

Mejorar el software para analizar estos datos

Transferencia de tecnologa al sector privado

Abordar los aspectos ticos, legales y sociales (ELSI) que pudiera provocar el proyecto

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El Proyecto Genoma Humano Fue una iniciativa internacional lanzada en la dcada de los 90

del pasado siglo para mapear y secuenciar el conjunto de genes del ser humano (genoma)

Completado en 2003 con la publicacin de la secuencia de referencia del genoma humano

Secuenciacin masiva

SOLID Sequencing by Ligation (SBL)

454 Pyrosequencing (PS)

Illumina Reversible Termination (RT)

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Secuenciacin masiva

SANGER SECUENCIACIN MASIVA

Di-deoxy terminator

Roche 454 GS FLX (PS)

Illumina HiSeq 2000 (RT) SOLID V4 (SBL)

Salida por proceso 1.6 Mb 600 Mb 200 GB 100 GB

Tiempo/Proceso 1h 10 h 9 d 11 d Longitud media reads 800 pbs 400 pb 100 pb 75 pb

Salida por da 38.4 Mb 1.44 GB 22.2 GB 9 GB

Usos frecuentes - Secuenciacin de novo Captura de exones

Resecuenciacin Captura de exones Metagenmica

Resecuenciacin Captura de exones Metagenmica

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Secuenciacin masiva

APLICACIONES

Re-secuenciacin Regulacin Epigenmica

SNVs y CNVs Inserciones y

deleciones

Expresin gnica ARNs pequeos

Metilacin del ADN Histonas TFBSs

Imgenes extradas de Schweiger, 2010. http://bioinfo2.ugr.es/genomica Universidad de Granada

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El proyecto 1000 Genomas pretende la caracterizacin de la variacin gentica en el genoma humano

Trio project: whole-genome shotgun sequencing at high coverage (average 42 X) of two families (one Yoruba from Ibadan, Nigeria (YRI); one of European ancestry in Utah (CEU)), each including two parents and one daughter. Low-coverage project: whole-genome shotgun sequencing at low coverage (26 X) of 59 unrelated individuals from YRI, 60 unrelated individuals fromCEU, 30 unrelated Han Chinese individuals in Beijing (CHB) and 30 unrelated Japanese individuals in Tokyo (JPT). Exon project: targeted capture of 8,140 exons from 906 randomly selected genes (total of 1.4 Mb) followed by sequencing at high coverage (average >50 X) in 697 individuals from 7 populations of African (YRI, Luhya inWebuye, Kenya (LWK)), European (CEU, Toscani in Italia (TSI)) and East Asian (CHB, JPT, Chinese in Denver, Colorado (CHD)) ancestry.

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La Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) surge de una colaboracin internacional iniciada en 2003 y financiada por el National Human Genome Research Institute (NHGRI).

El objetivo de ENCODE es elaborar un catlogo

exhaustivo de todos los elementos funcionales en el genoma humano, incluyendo tanto ARNs como protenas, asi como aquellos elementos reguladores que controlan el tipo celular y el momento del desarrollo en que un gen es activo.

La cuestin es: la suma de los exones de los aprox. 21.000 genes humanos no llegan al 2% del genoma para que sirve el 98% restante? es ADN basura?

El proyecto ENCODE

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Algunas de las tcnicas utilizadas en ENCODE RNA-seq. Aislamiento y secuenciacin masiva de ARN CAGE. Captura y secuenciacin masiva de los caps metilados en los extremos 5 del ARN. Estos caps suelen formarse en los sitios de inicio de la transcripcin RNA-PET. Captura simultnea de ARNs con caps metilados y cola de poly-A, es decir ARNs completos, seguida de la secuenciacin de un trozo en cada extremo. ChIP-seq. Inmunoprecipitacin de las protenas unidas a la cromatina y secuenciacin de las secuencias de ADN asociadas. Se suelen usar anticuerpos frente a factores de transcripcin, protenas no-histonas que se unen a la cromatina, o bien histonas modificadas por metilacin, acetilacin, etc.

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DNase-seq. La enzima DNasa I corta preferencialmente regiones de la cromatina unidas a protenas no-histonas y que corresponden a regiones de cromatina abierta. Los puntos de corte se secuencian, obtenindose as un listado de sitios hipersensibles a DNasa I que corresponden a sitios de cromatina activa. FAIRE-seq. (Formaldehyde assisted isolation of regulatory elements). Permite aislar regiones genmicas libres de nucleosomas. RRBS (Reduced representation bisulphite sequencing). El tratamiento del ADN con bisulfito convierte las citosinas no-metiladas en uracilo, mientras que no afecta a las citosinas metiladas. Se usan enzimas de restriccin que cortan alrededor de los dinucletidos CpG, con lo que se limita el anlisis a aquellas regiones ricas en CpG (islas CpG).

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Principales hallazgos de ENCODE La mayor parte del genoma (80.4%) es funcional: se puede asociar con al menos una funcin en alguno de los 147 tipos celulares analizados. Puesto que puede haber hasta 2.000 tipos celulares, este porcentaje podra llegar a ser mucho ms alto! Los elementos especficos de primates estn sometidos a seleccin natural deben ser funcionales Se han descubierto 399.124 enhancers y 70.292 promotores Muchas de los elementos funcionales encontrados se localizan en las regiones no-codificadoras de protenas (fuera de los genes) Los SNPs asociados con enfermedades mediante GWAS abundan en las regiones no-codificadoras y residen en zonas funcionales identificadas por ENCODE. Muchas enfermedades se asocian con un determinado factor de transcripcin que vara entre tipos celulares.

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Bases de datos pblicas en lnea: EBI, NCBI

El software se ejecuta en servidores remotos de acceso pblico:

Formularios Web: Copiar/pegar datos Resultados

Ventajas:

Datos actualizados on-line

Acceso a software profesional permanentemente actualizado por sus propios autores

No tendremos que instalar ningn programa ni base de datos en nuestra mquina local, todo lo haremos a travs de un navegador web

Podremos acceder a las prcticas del curso desde cualquier ordenador (Windows, Linux, Mac) con acceso a Internet

Los programas y bases de datos que utilizaremos funcionan en servidores web:

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Seminarios A lo largo del curso, cada alumno desarrollar un seminario sobre algn

tema fijado por el profesor. El objetivo que se persigue es iniciar al alumno en las tcnicas de anlisis genmico, as como en el manejo de las correspondientes bases de datos.

Se valorar especialmente el grado de iniciativa a la hora de planear y

desarrollar el trabajo y deber exponerse oralmente.

Este tipo de actividad ana una serie de tareas fundamentales en la formacin universitaria (bsqueda de informacin, anlisis, sntesis, expresin escrita y expresin oral) que son de todo punto imprescindibles en la universidad actual.

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